特許 6237100 車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6237100

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21K 1/05 20060101AFI20171120BHJP

   F16C 35/063 20060101ALI20171120BHJP

   B60B 35/02 20060101ALI20171120BHJP

   F16C 19/18 20060101ALI20171120BHJP

   F16C 33/64 20060101ALI20171120BHJP

   B21D 39/00 20060101ALI20171120BHJP

   B21J 9/02 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   B21K1/05

   F16C35/063

   B60B35/02 L

   F16C19/18

   F16C33/64

   B21D39/00 D

   B21J9/02 A

【請求項の数】11

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-216425(P2013-216425)

(22)【出願日】2013年10月17日

(65)【公開番号】特開2015-77616(P2015-77616A)

(43)【公開日】2015年4月23日

【審査請求日】2016年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(72)【発明者】

【氏名】萩原 信行

【審査官】 塩治 雅也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１６２９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７５８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３０３３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０００７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１６５５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｄ ３９／００

Ｂ２１Ｊ ９／０２

Ｂ２１Ｋ １／０５

Ｂ６０Ｂ ３５／０２

Ｆ１６Ｃ １９／１８

Ｆ１６Ｃ ３３／６４

Ｆ１６Ｃ ３５／０６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一内側軌道面と第二内側軌道面とを外周面に有する内側部材と、前記第一内側軌道面に対向する第一外側軌道面と前記第二内側軌道面に対向する第二外側軌道面とを有し前記内側部材の外側に配置された外側部材と、前記第一内側軌道面と前記第一外側軌道面との間及び前記第二内側軌道面と前記第二外側軌道面との間にそれぞれ転動自在に配置された転動体と、を備え、前記内側部材は、外周面に直接又は内側軌道輪部材を介して前記第一内側軌道面が形成されたハブ輪と、外周面に前記第二内側軌道面が形成された内輪とが一体的に固定されてなる車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法であって、
前記ハブ輪の軸方向一端部に形成された円筒部を前記内輪に挿通し、前記内輪よりも軸方向端部側に突出する前記円筒部の先端部分に金型を押圧して揺動加締め加工を行い、前記円筒部の先端部分を径方向外方に加締め広げて形成した加締め部で前記内輪の軸方向端面を押さえることにより、前記内輪と前記ハブ輪とを一体的に固定するに際して、前記揺動加締め加工の揺動角度を１５°以上３０°以下とし、
前記加締め部のうち、前記円筒部の先端部分よりも基端側に位置し前記内輪の内周面に接する前記円筒部の基端部分の外周面の表面粗さがＲａ２０μｍ以下となるように前記揺動加締め加工を行う車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項2】

第一内側軌道面と第二内側軌道面とを外周面に有する内側部材と、前記第一内側軌道面に対向する第一外側軌道面と前記第二内側軌道面に対向する第二外側軌道面とを有し前記内側部材の外側に配置された外側部材と、前記第一内側軌道面と前記第一外側軌道面との間及び前記第二内側軌道面と前記第二外側軌道面との間にそれぞれ転動自在に配置された転動体と、を備え、前記内側部材は、外周面に直接又は内側軌道輪部材を介して前記第一内側軌道面が形成されたハブ輪と、外周面に前記第二内側軌道面が形成された内輪とが一体的に固定されてなる車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法であって、
前記ハブ輪の軸方向一端部に形成された円筒部を前記内輪に挿通し、前記内輪よりも軸方向端部側に突出する前記円筒部の先端部分に金型を押圧して揺動加締め加工を行い、前記円筒部の先端部分を径方向外方に加締め広げて形成した加締め部で前記内輪の軸方向端面を押さえることにより、前記内輪と前記ハブ輪とを一体的に固定するに際して、前記揺動加締め加工の揺動角度を１５°以上３０°以下とし、
少なくとも２つの揺動角度での前記揺動加締め加工を予備試験として行い、それぞれの前記加締め部の表面粗さＲａを測定し、これら揺動角度と表面粗さＲａを、揺動角度αと前記加締め部の表面粗さＲａとの関係を示す下記式（１）に適用して、下記式（１）が成立する定数Ａ及びＣを算出し、この定数Ａ及びＣが決定した下記式（１）を用いて、前記加締め部の表面粗さＲａが予め定められた値となる揺動角度を算出し、この算出された揺動角度で、前記車輪支持用転がり軸受ユニットを製造するための前記揺動加締め加工を行う車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【数1】

なお、前記式（１）中のεは、前記揺動加締め加工の圧下量δと前記金型の半径ｒとの比δ／ｒである。

【請求項3】

前記加締め部のうち、前記円筒部の先端部分よりも基端側に位置し前記内輪の内周面に接する前記円筒部の基端部分の外周面の表面粗さがＲａ２０μｍ以下となるように前記揺動加締め加工を行う請求項２に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項4】

前記揺動加締め加工の揺動回転速度を１００ｍｉｎ^-1以上２９９ｍｉｎ^-1以下とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項5】

前記金型の材質をＪＩＳ Ｇ４４０４に規定のＳＫＤ１１とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項6】

前記揺動加締め加工において潤滑剤を使用しない請求項１〜５のいずれか一項に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項7】

最大加工荷重が１５０ｋＮ以下のリベッティングマシンを用いて前記揺動加締め加工を行う請求項１〜６のいずれか一項に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項8】

前記リベッティングマシンは、前記金型が装着されるスピンドルと、前記スピンドルを回転させるモータとを備え、前記スピンドルと前記モータが直結されている請求項７に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項9】

前記モータの回転がインバータ制御されており、該インバータ制御がベクトル制御である請求項８に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項10】

前記加締め部の相当ひずみが０．０１５ｓｔｒａｉｎ以下となるように前記揺動加締め加工を行う請求項１〜９のいずれか一項に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法。

【請求項11】

請求項１〜１０のいずれか一項に記載の車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法により製造された車輪支持用転がり軸受ユニットを用いる車両の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用転がり軸受ユニットは、外周面に複列の軌道面を有する内側部材と、内周面に複列の軌道面を有する外側部材と、内側部材の軌道面と外側部材の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、を備えている。そして、内側部材が転動体の転動を介して外側部材に回転自在に支持されている。また、内側部材の外周面には、車輪を取り付けるためのフランジが設けられ、外側部材の外周面には、懸架装置を取り付けるためのフランジが設けられている。

【0003】

このような従来の車輪支持用転がり軸受ユニットにおいては、内側部材は、複列の軌道面のうち一方の軌道面を有するハブ輪と、他方の軌道面を有する内輪とからなる。ハブ輪と内輪は、ハブ輪の軸方向一端部に形成された円筒部を内輪に挿通し、内輪よりも軸方向端部側に突出する円筒部の先端部分に金型を押圧して揺動加締め加工を行い、円筒部の先端部分を径方向外方に加締め広げて形成した加締め部で内輪の軸方向端面を押さえることにより、一体的に固定されて内側部材を構成している。上記のような揺動加締め加工は、揺動鍛造機（例えば特許文献１に開示のもの）を使用して行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８−４７７４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の揺動鍛造機は、最大加工荷重が高く大型の装置であるため、設備費が高くなってしまう場合があった。そのため、車輪支持用転がり軸受ユニットの製造コストが高くなるという問題が生じるおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、車輪支持用転がり軸受ユニットを低コストで製造することができる方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するため、本発明の一態様に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法は、第一内側軌道面と第二内側軌道面とを外周面に有する内側部材と、前記第一内側軌道面に対向する第一外側軌道面と前記第二内側軌道面に対向する第二外側軌道面とを有し前記内側部材の外側に配置された外側部材と、前記第一内側軌道面と前記第一外側軌道面との間及び前記第二内側軌道面と前記第二外側軌道面との間にそれぞれ転動自在に配置された転動体と、を備え、前記内側部材は、外周面に直接又は内側軌道輪部材を介して前記第一内側軌道面が形成されたハブ輪と、外周面に前記第二内側軌道面が形成された内輪とが一体的に固定されてなる車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法であって、前記ハブ輪の軸方向一端部に形成された円筒部を前記内輪に挿通し、前記内輪よりも軸方向端部側に突出する前記円筒部の先端部分に金型を押圧して揺動加締め加工を行い、前記円筒部の先端部分を径方向外方に加締め広げて形成した加締め部で前記内輪の軸方向端面を押さえることにより、前記内輪と前記ハブ輪とを一体的に固定するに際して、前記揺動加締め加工の揺動角度を１５°以上３０°以下とすることを特徴とする。

【0007】

この車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法においては、前記揺動加締め加工の揺動回転速度を１００ｍｉｎ^-1以上２９９ｍｉｎ^-1以下としてもよい。
また、前記金型の材質をＪＩＳ Ｇ４４０４に規定のＳＫＤ１１とし、前記揺動加締め加工において潤滑剤を使用しなくてもよい。
さらに、最大加工荷重が１５０ｋＮ以下のリベッティングマシンを用いて前記揺動加締め加工を行ってもよい。前記リベッティングマシンは、前記金型が装着されるスピンドルと、前記スピンドルを回転させるモータとを備え、前記スピンドルと前記モータが直結されていてもよい。そして、前記モータの回転がインバータ制御されており、該インバータ制御がベクトル制御であってもよい。

【0008】

さらに、この車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法においては、前記加締め部の表面粗さがＲａ２０μｍ以下となるように前記揺動加締め加工を行ってもよい。また、前記加締め部の相当ひずみが０．０１５ｓｔｒａｉｎ以下となるように前記揺動加締め加工を行ってもよい。
さらに、この車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法においては、少なくとも２つの揺動角度での前記揺動加締め加工を予備試験として行い、それぞれの前記加締め部の表面粗さＲａを測定し、これら揺動角度と表面粗さＲａを、揺動角度αと前記加締め部の表面粗さＲａとの関係を示す下記式（１）に適用して、下記式（１）が成立する定数Ａ及びＣを算出し、この定数Ａ及びＣが決定した下記式（１）を用いて、前記加締め部の表面粗さＲａが予め定められた値となる揺動角度を算出し、この算出された揺動角度で、前記車輪支持用転がり軸受ユニットを製造するための前記揺動加締め加工を行ってもよい。

【0009】

【数1】

なお、前記式（１）中のεは、前記揺動加締め加工の圧下量δと前記金型の半径ｒとの比δ／ｒである。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの製造方法によれば、車輪支持用転がり軸受ユニットを低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】車輪支持用転がり軸受ユニットの構造を示す断面図である。

【図2】揺動加締め加工装置の構造を示す断面図である。

【図3】揺動加締め加工の方法を説明する要部拡大図である。

【図4】揺動加締め加工の方法を説明する要部拡大図である。

【図5】揺動加締め加工の揺動角度と最大加工荷重との関係を示すグラフである。

【図6】揺動加締め加工の揺動角度と加締め部の表面粗さとの関係を示すグラフである。

【図7】金型とハブ輪を模式的に示した図である。

【図8】揺動加締め加工の揺動角度と、金型と円筒部の先端部分との接触面積との関係を示すグラフである。

【図9】金型と円筒部の先端部分との接触面積と、加締め部の相当ひずみとの関係を示すグラフである。

【図10】加締め部の相当ひずみと表面粗さとの関係を示すグラフである。

【図11】揺動加締め加工の揺動角度と加締め部の摩耗量との関係を示すグラフである。

【図12】リベッティングマシンの構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、車輪支持用転がり軸受ユニットの構造を示す断面図である。なお、本実施形態においては、車輪支持用転がり軸受ユニットを自動車等の車両に取り付けた状態において、車両の幅方向外側を向いた部分を外端側部分と称し、幅方向中央側を向いた部分を内端側部分と称する。すなわち、図１においては、左側が外端側となり、右側が内端側となる。

【0013】

図１の車輪支持用転がり軸受ユニット１は、略円筒状のハブ輪２と、ハブ輪２に一体的に固定された内輪３と、ハブ輪２及び内輪３の外側に同軸に配された略円筒状の外輪４と、二列の転動体５，５と、転動体５を保持する保持器６，６と、を備えている。また、外輪４の内端側部分の内周面と内輪３の内端側部分の外周面との間、並びに、外輪４の外端側部分の内周面とハブ輪２の軸方向中間部の外周面との間には、それぞれシール装置７ａ，７ｂが設けられている。

【0014】

さらに、外輪４の内側に配されたハブ輪２のうち外輪４から突出している外端側部分の外周面には、図示しない車輪を支持するための車輪取り付け用フランジ１０が設けられている。そして、外輪４の外周面には、車輪取り付け用フランジ１０から離間する側の端部に、懸架装置取り付け用フランジ１３が設けられている。
ハブ輪２の内端側部分には外径の小さい円筒部１１が形成されており、この円筒部１１が内輪３の内側に挿通されて、円筒部１１と内輪３が嵌合されている。そして、内輪３よりも内端側に突出している円筒部１１の先端部分が径方向外方に加締め広げられており、この加締めによる塑性変形で円筒部１１に形成された加締め部１２で内輪３の軸方向端面３ａ（内端側端面）を押さえることにより、内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されている。なお、内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されたものが、本発明の構成要件である内側部材に相当し、外輪４が本発明の構成要件である外側部材に相当する。

【0015】

ハブ輪２の外周面の軸方向中間部及び内輪３の外周面には、それぞれ軌道面が形成されており、ハブ輪２の軌道面は第一内側軌道面２０ａ、内輪３の軌道面は第二内側軌道面２０ｂとされている。また、外輪４の内周面には、前記両内側軌道面２０ａ，２０ｂに対向する軌道面が形成されており、第一内側軌道面２０ａに対向する軌道面は第一外側軌道面２１ａ、第二内側軌道面２０ｂに対向する軌道面は第二外側軌道面２１ｂとされている。さらに、第一内側軌道面２０ａと第一外側軌道面２１ａとの間、及び、第二内側軌道面２０ｂと第二外側軌道面２１ｂとの間には、それぞれ複数の転動体５が転動自在に配置されている。

【0016】

このような車輪支持用転がり軸受ユニット１を自動車等の車両に組み付けるには、懸架装置取り付け用フランジ１３を図示しない懸架装置に固定し、図示しない車輪を車輪取り付け用フランジ１０に固定する。そうすると、車輪支持用転がり軸受ユニット１によって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。すなわち、内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されたものが、車輪と一体に回転する回転輪となり、外輪４が、転動体５の転動を介して回転輪（内輪３とハブ輪２とが一体的に固定されたもの）を回転自在に支持する固定輪（非回転輪）となる。

【0017】

なお、図示の例では、転動体として玉を使用しているが、車輪支持用転がり軸受ユニット１の用途等に応じて、ころを使用してもよい。
また、本発明は、種々の車輪支持用転がり軸受ユニットに適用することが可能である。例えば、図１の車輪支持用転がり軸受ユニット１のような所謂第三世代の車輪支持用転がり軸受ユニット（第一内側軌道面２０ａがハブ輪２の外周面に直接形成されている車輪支持用転がり軸受ユニット）に本発明を適用することも可能であるし、以下に説明するような種類の車輪支持用転がり軸受ユニット（第一内側軌道面が内側軌道輪部材を介してハブ輪の外周面に形成されている車輪支持用転がり軸受ユニット）に本発明を適用することも可能である。

【0018】

すなわち、後者の車輪支持用転がり軸受ユニットは、ハブ輪と、ハブ輪に一体的に固定された一対の内輪と、ハブ輪及び一対の内輪の外側に同軸に配された外輪と、二列の転動体と、を備えている。この車輪支持用転がり軸受ユニットは、転動体を保持する保持器を備えていてもよい。また、外輪の内端側部分の内周面と一対の内輪のうち内端側の内輪の内端側部分の外周面との間、並びに、外輪の外端側部分の内周面とハブ輪の軸方向中間部の外周面との間に、それぞれシール装置が設けられていてもよい。

【0019】

外輪の内側に配されたハブ輪のうち外輪から突出している外端側部分の外周面には、車輪を支持するための車輪取り付け用フランジが設けられている。そして、外輪の外周面には、車輪取り付け用フランジから離間する側の端部に、懸架装置取り付け用フランジが設けられている。
ハブ輪の内端側部分には外径の小さい円筒部が形成されており、この円筒部が、軸方向に並んだ一対の内輪の内側に挿通されて、円筒部と一対の内輪が嵌合されている。そして、一対の内輪のうち内端側の内輪よりも内端側に突出している円筒部の先端部分が径方向外方に加締め広げられており、この加締めによる塑性変形で円筒部に形成された加締め部で内端側の内輪の軸方向端面（内端側端面）を押さえることにより、一対の内輪とハブ輪とが一体的に固定されている。

【0020】

なお、一対の内輪とハブ輪とが一体的に固定されたものが、本発明の構成要件である内側部材に相当し、外輪が本発明の構成要件である外側部材に相当する。また、一対の内輪のうち外端側（すなわち、円筒部の基端側）の内輪が、本発明の構成要件である内側軌道輪部材に相当し、内端側（すなわち、円筒部の先端側）の内輪が、本発明の構成要件である内輪に相当する。

【0021】

一対の内輪の外周面にはそれぞれ軌道面が形成されており、外端側の内輪の軌道面は第一内側軌道面、内端側の内輪の軌道面は第二内側軌道面とされている。また、外輪の内周面には、前記両内側軌道面に対向する軌道面が形成されており、第一内側軌道面に対向する軌道面は第一外側軌道面、第二内側軌道面に対向する軌道面は第二外側軌道面とされている。さらに、第一内側軌道面と第一外側軌道面との間、及び、第二内側軌道面と第二外側軌道面との間には、それぞれ複数の転動体が転動自在に配置されている。

【0022】

このような車輪支持用転がり軸受ユニットを自動車等の車両に組み付けるには、懸架装置取り付け用フランジを図示しない懸架装置に固定し、図示しない車輪を車輪取り付け用フランジに固定する。そうすると、車輪支持用転がり軸受ユニットによって車輪が懸架装置に対し回転自在に支持される。すなわち、一対の内輪とハブ輪とが一体的に固定されたものが、車輪と一体に回転する回転輪となり、外輪が、転動体の転動を介して回転輪（一対の内輪とハブ輪とが一体的に固定されたもの）を回転自在に支持する固定輪（非回転輪）となる。

【0023】

この車輪支持用転がり軸受ユニット１の製造工程において、内輪３とハブ輪２の一体化は、前述のように加締め加工により行われる。以下に、車輪支持用転がり軸受ユニット１の製造方法について説明する。
ハブ輪２、外輪４、転動体５、保持器６，６等を、図１に示すように組み立てた後に、ハブ輪２の円筒部１１に内輪３を嵌合して車輪支持用転がり軸受ユニット１の半完成品とする。そして、この半完成品を揺動加締め加工装置に装着し、揺動加締め加工を行う。

【0024】

揺動加締め加工装置は、図２に示すように、前記半完成品を固定するための基盤２６と、ハブ輪２の円筒部１１に当接して揺動加締め加工を行う金型２３と、その上端部（ヘッド）に金型２３を保持して回転するスピンドル２４と、を備えている。
揺動加締め加工時には、車輪取り付け用フランジ１０を基盤２６に設けた台座２８上に載置するとともに、前記半完成品の外端側部分に形成された凸部２９を台座２８に形成された穴部内に嵌合し、前記半完成品の中心軸線Ａを鉛直にして基盤２６に固定するとともに、前記半完成品の中心位置を設定する。所望により、懸架装置取り付け用フランジ１３を基盤２６にさらに固定してもよい。

【0025】

次に、図３に示すように、前記半完成品の中心軸線Ａに対して金型２３の軸を所定角度θだけ傾けた状態のまま、金型２３を円筒部１１の先端部分の内周面に当接させ、図３における下方に向けて押圧しつつ、前記半完成品の中心軸線Ａを回転中心としてスピンドル２４を回転させて、金型２３を揺動回転させる。このとき、前記角度θ、すなわち揺動加締め加工の揺動角度を１５°以上３０°以下とする。

【0026】

すると、図４に示すように、内輪３よりも内端側に突出している円筒部１１の先端部分が塑性変形され、径方向外方に加締め広げられる。そして、この揺動加締め加工による塑性変形で形成された加締め部１２で、内輪３の軸方向端面３ａ（内端側端面）を押さえることにより、ハブ輪２と内輪３との一体的な固定と、予圧の付与とが行われ、完成品の車輪支持用転がり軸受ユニット１が得られる。

【0027】

このような製造方法で車輪支持用転がり軸受ユニット１を製造すれば、揺動加締め加工の揺動角度が１５°以上３０°以下であるため、揺動加締め加工の最大加工荷重を低くすることができる。その結果、小型の揺動加締め加工装置を用いて揺動加締め加工を行うことができるため、設備費を抑えることができ、車輪支持用転がり軸受ユニット１を低コストで製造することができる。

【0028】

なお、加締め部１２とは、円筒部１１のうち揺動加締め加工により塑性変形した部分を意味するが、径方向外方に加締め広げられて内輪３の軸方向端面３ａを押さえている円筒部１１の先端部分のみならず、前記先端部分よりも基端側に位置し内輪３の内周面に接する円筒部１１の基端部分も含む。この基端部分は、前記先端部分の塑性変形の影響を受けているからである。すなわち、図４の網目状のハッチングを施した部分が塑性域であり、加締め部１２である。

【0029】

そして、詳細は後述するが、加締め部１２の中でも図４に示した領域（すなわち、径方向外方に加締め広げられて内輪３の軸方向端面３ａを押さえている円筒部１１の先端部分よりも基端側に位置し、内輪３の内周面に接する円筒部１１の基端部分の外周面）の表面粗さＲａが、耐久性と良好な相関性を有する。
次に、揺動加締め加工の各種条件や、該条件における各数値の臨界的意義について説明する。

【0030】

〔Ａ．揺動角度について〕
（Ａ−１ 揺動角度と設備費の関係について）
図５のグラフに示すように、揺動角度が大きいと揺動加締め加工の最大加工荷重が低くなり、揺動角度を１５°以上とすれば、最大加工荷重を揺動角度が５°である場合の６０％以下に低下させることができる。その結果、小型の揺動加締め加工装置を用いて揺動加締め加工を行うことができ、設備費を抑えることができるので、車輪支持用転がり軸受ユニット１を低コストで製造することができる。なお、図５のグラフの縦軸の数値（最大加工荷重）は、揺動角度が５°の場合の最大加工荷重を１００％とした相対値である。

【0031】

ただし、従来の揺動鍛造機（例えば特許文献１に開示のもの）においては、揺動角度は２〜５°であるので、上記揺動加締め加工装置として従来の揺動鍛造機を用いる場合には、１５°以上の揺動角度を可能とするために揺動鍛造機を改造する必要がある。しかしながら、１５°以上の揺動角度を可能とするためには、金型が装着されるスピンドルの上端部（ヘッド）が大型化してしまうため、装置全体のバランスが悪化し（装置の上側部分が下側部分よりも大きくなる）、このような改造は容易ではなかった。また、大規模な改造となるため、揺動加締め加工装置の設備費が高くなり、車輪支持用転がり軸受ユニットの製造コストが上昇する場合があった。

【0032】

そこで、上記揺動加締め加工装置としては、リベッティングマシンを用いることが好ましい。リベッティングマシンであれば、小規模な改造によって、１５°以上の揺動角度を可能とすることができるので、最大加工荷重が低く小型の揺動加締め加工装置を得ることができる。よって、リベッティングマシンを改造した揺動加締め加工装置を用いれば、設備費を抑えることができるので、車輪支持用転がり軸受ユニットを低コストで製造することができる。
なお、リベッティングマシンの改造内容としては、例えば、金型の変更、スピンドルに対する金型の設置角度の変更（例えば、スピンドルの先端部に設ける金型装着用穴の回転中心に対する角度の変更）、スピンドルの先端部に金型を支持する軸受の変更などがあげられる。

【0033】

（Ａ−２ 揺動角度と加締め部の耐久性の関係について）
加締めにより塑性変形した部分は、その表面粗さが小さい方が耐久性が高いことが知られている。よって、車輪支持用転がり軸受ユニットにおいては加締め部の表面粗さが重要であり、スポーツ用多目的車（ＳＵＶ：Sport Utility Vehicle ）や高級車などのように加締め部の耐久性の要求が厳しい車種では、加締め部の表面粗さが特に重要である。

【0034】

加締め部のうち、円筒部の先端部分よりも基端側に位置し内輪の内周面と接する円筒部の基端部分の外周面（図４において「表面粗さの測定範囲」と示した領域）の表面粗さと、揺動角度の関係を図６のグラフに示す。図６のグラフから分かるように、揺動角度を１５°以上とすると、加締め部の前記外周面の表面粗さＲａを小さくすることができるので、加締め部の耐久性を高くすることができる。よって、加締め部の耐久性の面からも、揺動角度を１５°以上とすることが好ましい。

【0035】

ここで、揺動角度を大きくすると加締め部の表面粗さが小さくなる理由について、詳細に説明する。揺動角度を大きくすると、金型とハブ輪の円筒部の先端部分との接触面積が大きくなる。すると、加締め部の相当ひずみが低下するので、加締め部の表面粗さが小さくなる。
まず、揺動角度と接触面積の関係について説明する。ただし、ハブ輪の円筒部を加締める金型の形状は複雑なので、計算を単純化するために、図７に示すように円錐形状の金型を考える。図７の（ａ）は、金型とハブ輪を模式的に示した断面図であり、（ｂ）は、金型とハブ輪を模式的に示した側面図である。

【0036】

円錐形状の金型でハブ輪の円筒部の先端部分を加締める際、圧下量δにおける金型と円筒部の先端部分との接触面積をＳとすると、幾何的に近似することにより、接触面積Ｓは揺動角度αを変数とする下記式（２）で表される。そして、式（２）をグラフ化すると、図８のグラフとなる。なお、式（２）中のＡ’，Ｃ’は定数、ｒは円錐形状の金型（上型）の半径、εはδ／ｒである。

【0037】

【数2】

次に、金型とハブ輪の円筒部の先端部分との接触面積と、加締め部の相当ひずみとの関係について説明する。揺動角度を５°、１５°、３０°、又は４５°として揺動加締めを行ったハブ輪の円筒部の加締め部について、それぞれ弾塑性ＦＥＭ解析を行って、加締め部（詳細には、加締め部のうち、円筒部の先端部分よりも基端側に位置し内輪の内周面と接する円筒部の基端部分）の相当ひずみを得た。結果を図９のグラフに示す。なお、このグラフの横軸の数値（接触面積）は、揺動角度が５°の場合の接触面積を１００％とした相対値である。

【0038】

次に、加締め部の相当ひずみと加締め部の表面粗さの関係について説明する。揺動角度を５°、１５°、３０°、又は４５°として揺動加締めを行ったハブ輪の円筒部の加締め部（詳細には、加締め部のうち、円筒部の先端部分よりも基端側に位置し内輪の内周面と接する円筒部の基端部分の外周面）について、それぞれ表面粗さを測定した。そして、加締め部の相当ひずみと加締め部の表面粗さの関係をグラフ化した（図１０を参照）。なお、揺動加締め前のハブ輪の円筒部の表面粗さはＲａ７〜８μｍである。

【0039】

図８のグラフと図６のグラフを比べると、グラフの形状が類似していることが分かる。以下にその理由について説明する。
まず、図８〜１０のグラフの形状を関数で表す。揺動角度をαとして接触面積Ｓの関数をＳ（α）とすると、図８のグラフを表す関数はｘ＝Ｓ（α）となる。図９，１０のグラフは１次直線なので、図９のグラフを表す関数はｙ＝Ｂ・ｘ＋Ｄ（Ｂ，Ｄは定数）、図１０のグラフを表す関数はｚ＝Ｅ・ｙ＋Ｆ（Ｅ，Ｆは定数）となる。

【0040】

図６のグラフは、図８〜１０のグラフを合成した関数で近似することができる。まず、図８のグラフと図９のグラフを合成すると、ｙ＝Ｂ・Ｓ（α）＋Ｄとなる。さらに、これに図１０のグラフを合成すると、図６のグラフは、ｚ＝Ｅ・（Ｂ・Ｓ（α）＋Ｄ）＋Ｆ＝Ｅ・Ｂ・Ｓ（α）＋Ｅ・Ｄ＋Ｆとなる。
ところで、グラフの形状が類似しているとは、変化の仕方が同じことを意味する。定数は、グラフを平行移動させたり軸のスケールを変えたりするだけで、変化には関わりがない。したがって、定数のＥ・Ｂ、Ｅ・Ｄ、Ｆを除いて、変化に関わる関数だけにすると、図６のグラフの変化に関わる関数はｚ’＝Ｓ（α）となり、図８のグラフの関数と同一となる。このことから、図６のグラフと図８のグラフの形状が類似していることが説明できる。

【0041】

同様に、図５のグラフと図８のグラフの形状が類似していることについて説明する。図５の最大加工荷重の関数は、前記接触面積と降伏応力の積によって近似することができる。降伏応力をＹとすると、図５のグラフはｗ＝Ｙ・Ｓ（α）である。材料が同一なので降伏応力Ｙは定数となり、変化に関わる関数だけを取り出すと、図５のグラフの変化に関わる関数はｗ’＝Ｓ（α）となり、図８のグラフの関数と同一となる。このことから、図５のグラフと図６、図８のグラフの形状が類似していることが説明できる。

【0042】

さて、Ｓ（α）は前記式（２）のことである。式（２）は、実際の複雑な形状の金型を円錐形状に単純化して計算した近似式だが、実際の複雑な形状の金型による実験結果とよく一致する。したがって、式（２）は、加締め部の表面粗さを予測し揺動角度を決定するための設計ツールとして利用可能である。
相当ひずみは、加締め部を設計する際に、解析によって耐久性を評価する場合に利用する。加締め部の相当ひずみは、図１０のグラフに基づいて、０．０１５ｓｔｒａｉｎ以下とすることが好ましい。

【0043】

ここで、加締め部の表面粗さを予測し、揺動加締め加工の揺動角度を決定する方法について説明する。まず、予備試験として、前述と同様の揺動加締め加工を行う。予備試験においては、少なくとも２つの揺動角度で揺動加締め加工を行い、形成された加締め部の表面粗さＲａをそれぞれ測定する。揺動角度は任意の値を選択することができる。また、表面粗さの測定箇所は、図４において「表面粗さの測定範囲」と示した領域である。

【0044】

揺動角度αと加締め部の表面粗さＲａとの関係は前記式（１）で表されるので、予備試験で得た揺動角度と表面粗さＲａのデータを式（１）に適用して、例えば最小二乗法を用いることにより、式（１）が成立する定数Ａ及びＣを算出する。この定数Ａ及びＣが決定した式（１）を用いれば、加締め部の表面粗さＲａが所望の値以下となるための揺動角度の範囲を算出することができる。
よって、この算出された揺動角度で、車輪支持用転がり軸受ユニットを製造するための揺動加締め加工を行えば、加締め部の表面粗さが良好で耐久性に優れる車輪支持用転がり軸受ユニットを製造することができる。

【0045】

（Ａ−３ 揺動角度と摩耗の関係について）
図１１のグラフから、揺動角度が３０°を超えると加締め部の摩耗量が顕著に増加することが分かる。そのため、加締め部の耐久性を考慮すると、揺動角度を３０°以下として摩耗を抑制することが好ましい。よって、好ましい揺動角度は１５°以上３０°以下となる。なお、図１１のグラフの縦軸の数値（摩耗量）は、揺動角度が５°の場合の摩耗量を１００％とした相対値である。

【0046】

また、上記Ａ−１項に示した揺動角度と最大加工荷重の関係（図５のグラフを参照）と、上記Ａ−２項に示した揺動角度と加締め部の表面粗さの関係（図６のグラフを参照）と、本Ａ−３項に示した揺動角度と摩耗の関係（図１１のグラフを参照）とを総合すると、揺動角度は１５°以上３０°以下とすることが好ましく、１８°以上２７°以下とすることがより好ましいと言える。

【0047】

〔Ｂ．揺動回転速度について〕
揺動鍛造機とリベッティングマシンを比較すると、使用する金型はリベッティングマシンの方が小型であるため、金型の質量はリベッティングマシンの方が小さい。質量が小さい方が金型コストは低くなるが、質量が小さい分だけ熱容量も小さくなるため、熱による溶着で金型が短寿命となるおそれがある。

【0048】

熱は、揺動回転速度を上げると増加するので、揺動加締め加工の揺動回転速度に応じて金型の熱対策を行う必要がある。そこで、種々の揺動回転速度において、金型寿命を満足する金型材質と潤滑条件を調査し、金型コストを評価した。結果を表１に示す。なお、揺動回転速度とは、所定の揺動角度だけ傾いた金型の自転軸を、公転軸（揺動加締め加工装置の回転軸）を中心に公転させたときの公転速度を意味する。

【0049】

【表1】

表１から分かるように、揺動回転速度が７５１〜１０００ｍｉｎ^-1であると、金型材質として超硬合金を用いる必要があり、また、揺動加締め加工において潤滑剤を用いて金型とハブ輪の潤滑を行う必要がある。よって、金型コストが高コストとなる。

【0050】

また、揺動回転速度が５０１〜７５０ｍｉｎ^-1であると、金型材質としてＪＩＳ Ｇ４４０３に規定のＳＫＨ５１を用いる必要があり、炭窒化チタン等をコーティングする表面処理を金型に施す必要がある。潤滑剤による潤滑は不要であるが、表面処理を必要とするため、金型コストが高コストとなる。
さらに、揺動回転速度が３００〜５００ｍｉｎ^-1であると、金型材質としてＪＩＳ Ｇ４４０３に規定のＳＫＨ５１を用いる必要がある。金型の表面処理や潤滑剤による潤滑は不要であるがＳＫＨ５１を用いる必要があるため、金型コストがやや高コストとなる。

【0051】

さらに、揺動回転速度が１００〜２９９ｍｉｎ^-1であると、金型材質としてＪＩＳ Ｇ４４０４に規定のＳＫＤ１１を用いることができる。また、金型の表面処理や潤滑剤による潤滑は不要である。よって、金型コストが低コストとなる。
これらの結果から、揺動回転速度１００ｍｉｎ^-1以上２９９ｍｉｎ^-1以下、金型材質ＳＫＤ１１（表面処理なし）、潤滑剤による潤滑なしとすれば、揺動加締め加工のコストを低くすることができる。
また、上記Ａ項及びＢ項に示した結果から、揺動角度１５°以上３０°以下、揺動回転速度１００ｍｉｎ^-1以上２９９ｍｉｎ^-1以下とすれば、揺動加締め加工を低コストで行うことができるとともに、加締め部の耐久性を高くすることができる。

【0052】

〔Ｃ．リベッティングマシンと揺動鍛造機の比較について〕
揺動加締め加工装置としてリベッティングマシンを用いる場合と揺動鍛造機を用いる場合について比較して説明する。
（Ｃ−１ 揺動回転の安定性について）
従来の揺動鍛造機は、金型が装着されるスピンドルと該スピンドルを回転させるモータとの間に減速機を備えているので、揺動回転速度を低くしても（例えば１００ｍｉｎ^-1以上２９９ｍｉｎ^-1以下）、トルクが不十分となる心配は少ない。

【0053】

これに対してリベッティングマシンは、金型が装着されるスピンドルと該スピンドルを回転させるモータとの間に減速機を備えておらず、スピンドルとモータが直結されているので、揺動回転速度を例えば１００ｍｉｎ^-1以上２９９ｍｉｎ^-1以下のように低くすると、モータの回転がインバータ制御されている場合には、揺動回転速度がインバータ制御の影響を受けるおそれがある。

【0054】

インバータ制御にはＶ／Ｆ制御とベクトル制御があるが、Ｖ／Ｆ制御の場合には、トルク不足となって揺動回転速度が不安定となるおそれがあるので、リベッティングマシンではインバータ制御をベクトル制御とすることが好ましい。そして、トルクと揺動回転速度を監視して、トルク不足となることを防ぐことが好ましい。設備費は、インバータ制御よりも減速機の方が高いので、減速機を用いずインバータ制御を行っても、揺動加締め加工装置の設備費が高くなることはない。

【0055】

（Ｃ−２ セット取り替えの容易性について）
通常、揺動鍛造機は、フレームの形状が枠状であるため（特許文献１を参照）、金型を交換する際に、フレームのうち上下方向に延びる柱が金型と交換作業者の間に位置することとなり、柱によって作業が遮られる。また、金型の質量が大きい。よって、金型交換（セット取り替え）の作業性が低い。さらに、揺動鍛造機は、金型を球面座にボルトで固定する構造であるため、金型交換に時間を要する。

【0056】

これに対してリベッティングマシンは、通常、フレームの形状が略Ｃ字状で（図１２を参照）、金型を交換する際には、フレームのうち上下方向に延びる柱が交換作業者から見て金型の後方に位置することとなるため、柱によって作業が遮られることがない。また、金型の質量も小さい。よって、金型交換（セット取り替え）の作業性が良好である。さらに、リベッティングマシンは、金型を軸受で支持して上方から吊る構造であるため、金型をワンタッチで交換することができ、金型交換に時間を要しない。

【0057】

（Ｃ−３ 設備費について）
従来の揺動鍛造機の市販品は、最大加工荷重が２００ｋＮ以上のものが多い。したがって、揺動加締め加工装置を小型とするためには、揺動鍛造機に大規模な改造を施すか、又は、新規に設備を開発する必要がある。よって、設備費を安価にしにくい。
これに対してリベッティングマシンは、最大加工荷重が１５０ｋＮ以下の小型のものが多い。したがって、揺動加締め加工装置を小型とするための改造はほとんど不要であり、設備費を安価にしやすい。

【符号の説明】

【0058】

１ 車輪支持用転がり軸受ユニット
２ ハブ輪
３ 内輪
３ａ 軸方向端面
４ 外輪
５ 転動体
１０ 車輪取り付け用フランジ
１１ 円筒部
１２ 加締め部
１３ 懸架装置取り付け用フランジ
２３ 金型
２０ａ 第一内側軌道面
２０ｂ 第二内側軌道面
２１ａ 第一外側軌道面
２１ｂ 第二外側軌道面
２３ 金型
２４ スピンドル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】